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j9九游會(huì)登錄入口首頁(yè)單個(gè)電子為什么能同時(shí)穿過(guò)兩條狹縫然后自己與自己發(fā)生干涉?
發(fā)布時(shí)間:2024-03-30 13:06:27

  電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn),大家應(yīng)該都聽(tīng)說(shuō)過(guò),之前也做了很多科普。在很多人看來(lái),這個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)在太詭異了,尤其是單個(gè)電子竟然也會(huì)發(fā)生干涉,在我們看來(lái)太不可思議了。

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  之所以我們很難理解電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn),根本原因還在我們先入為主地認(rèn)為電子就是客觀存在的實(shí)體粒子,擁有確定的運(yùn)動(dòng)軌跡。

  實(shí)際上并不是這樣的,很多微觀粒子的行為在我們看來(lái)是無(wú)法理解的,就是因?yàn)槲覀兺ǔ?huì)下意識(shí)地把宏觀世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律套用在微觀物質(zhì)上。

  在我們的宏觀世界里,任何物體都有著確定的運(yùn)動(dòng)軌跡,比如說(shuō)一個(gè)玻璃球,我們能夠準(zhǔn)確算出玻璃球的運(yùn)動(dòng)軌跡。但是我們?cè)诤暧^世界的經(jīng)驗(yàn)到了微觀世界就失效了。

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  其實(shí)之前有一篇專門科普電子的文章,詳細(xì)描述了電子到底是什么。這里長(zhǎng)話短說(shuō),電子其實(shí)不是粒子,而是波,也只能是波。所謂的“粒子性”只是電子這種波在某些情況下的表象罷了。

  很多人認(rèn)為,物理學(xué)家們可以通過(guò)精密的顯微鏡看到電子,其實(shí)那是不可能的,起碼目前還遠(yuǎn)遠(yuǎn)做不到。其實(shí)在量子力學(xué)中,根本就不存在“粒子”的概念。

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  說(shuō)白了,我們對(duì)世界的了解,尤其是對(duì)微觀世界的了解,只能來(lái)自實(shí)驗(yàn)結(jié)果,也只有通過(guò)具體實(shí)驗(yàn),才能知道微觀世界到底是一個(gè)怎樣的世界。

  說(shuō)了這么多,其實(shí)我只想表達(dá)一件事:?jiǎn)蝹€(gè)電子為什么能同時(shí)穿過(guò)兩條狹縫,然后發(fā)生干涉?答案就是:不知道。

  看到這里,你可能會(huì)罵街:你叭叭半天,最后竟然說(shuō)不知道!“不知道”這三個(gè)字還用你說(shuō)啊,我自己也能說(shuō)。

  別生氣,因?yàn)榭戳私酉聛?lái)我的回答,你可能會(huì)更生氣:不但普通吃瓜群眾不知道,物理學(xué)家也不知道,而且大概率永遠(yuǎn)也不知道。

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  到這里你可能真的忍不住罵街了:誰(shuí)說(shuō)物理學(xué)家不知道了,波粒二象性,電子云,和量子力學(xué)不確定性,這些都可以解釋單電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)嗎?

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  物理學(xué)家們一直在做的就是盡可能準(zhǔn)確地描述這個(gè)世界的運(yùn)行規(guī)律,在這種背景下,意味著任何理論都是物理學(xué)家們?yōu)榱嗣枋鲎匀滑F(xiàn)象建立起來(lái)的工具而已。

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  所以我會(huì)回答:不知道。當(dāng)然,我也可以從波粒二象性,疊加態(tài),不確定性等方面進(jìn)行深入分析,正如我之前做的那樣。但今天我需要換一種思維方式,也好讓大家能打開(kāi)思路,充分了解人類到底是如何理解大自然的。

  其實(shí),人類不知道的太多了,我們甚至不知道地球?yàn)槭裁磭@太陽(yáng)轉(zhuǎn)。你可能會(huì)說(shuō)地球圍繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)是因?yàn)槿f(wàn)有引力,但萬(wàn)有引力是大自然的底層邏輯嗎?引力的本質(zhì)到底是什么?

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  你可能會(huì)說(shuō)是時(shí)空彎曲,但時(shí)空為什么會(huì)彎曲?你會(huì)發(fā)現(xiàn),類似這樣的追問(wèn),永遠(yuǎn)不可能有最終的答案,就像俄羅斯套娃那樣。

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  其實(shí),如果你能靜下心來(lái)仔細(xì)體會(huì)我剛才所講的,就會(huì)有所領(lǐng)悟。物理學(xué)家們只適合根據(jù)微觀粒子的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,建立了一套自洽的理論。說(shuō)點(diǎn)不好聽(tīng)的就是“馬后炮”,物理學(xué)家們根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果,假設(shè)一套自洽理論,倒推過(guò)去能解釋之前的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果。

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  簡(jiǎn)單地講,在量子力學(xué)框架下,所有的微觀粒子都對(duì)應(yīng)一個(gè)波函數(shù),正是這個(gè)波函數(shù)控制著微觀粒子的一切行為,而波函數(shù)可以在空間傳播,然后發(fā)生干涉現(xiàn)象。

  因此,單電子之所以會(huì)發(fā)生干涉出現(xiàn)明暗相間的干涉條紋,其實(shí)是實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的,僅此而已。而物理學(xué)家們根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的結(jié)果,總結(jié)出了“電子具有波粒二象性”等特點(diǎn)。

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  很明顯,實(shí)驗(yàn)結(jié)果告訴我們電子同時(shí)具有“波動(dòng)性”和“粒子性”,也就是所謂的“波粒二象性”。但是我們并不知道電子為什么具有“波粒二象性”,所謂的“知道”,當(dāng)然不是真的知道,只是猜測(cè)罷了。